(57)【要約】  本発明の課題は、デグレーダにおいて同じエネルギー損失の場合、強い中性子束を生成することなく、かつ重度の毒性を有することなく、現在使用されている材料のように、よりエミッタンスの増加が少ない、優れた減衰能力を有するデグレーダを提供することである。この課題は、本発明によれば、粒子ビーム（６）の適用分野で使用するための減衰活性材を含むデグレーダ（２）であって、前記減衰活性材が炭化ホウ素Ｂ４Ｃを含む前記デグレーダによって達成される。このデグレーダは、同じエネルギー損失の場合、グラファイトよりも少ない量の多重散乱を有する。ビームを低エネルギーに減衰するためにＢ４Ｃを使用すると、透過率は典型的には３５％増加する。この量は、粒子治療におけるビーム強度増加にとって重要かつ有用な量である。Ｂ４Ｃ材はグラファイトよりも放射性にならないので、供与活動ではさらなる問題はないだろう。また、減衰活性材としてのＢ４Ｃには重度の毒性がない。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子ビーム（６）の適用分野で使用するための減衰活性材を含むデグレーダ（２）であって、前記減衰活性材が炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）を含む、前記デグレーダ。
【請求項２】
前記減衰活性材が、前記デグレーダまたは前記デグレーダの一部を前記粒子ビームが交差する位置に運ぶことができる１つ以上のアクチュエータに取り付けられている、請求項１記載のデグレーダ。
【請求項３】
前記減衰活性材が、１つの要素（ブロック）として組み立てられるか、またはウェッジ（４）および／またはプレートなどの多数の要素を含む、請求項１記載のデグレーダ（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デグレーダ、好ましくは粒子放射線治療施設で使用されるデグレーダに関する。
【０００２】
粒子加速器、例えばサイクロトロンからの陽子またはイオン（粒子）を減速（＝「減衰」）し、組織内の粒子の範囲に適合するエネルギーにする場合、これはビームをデグレーダに送ることによって行われる。デグレーダは、グラファイトなどの原子番号（Ｚ）の低いある量の材料（ブロックまたは複数の層）である。デグレーダまたはその一部は、粒子のエネルギーを低減するために粒子ビームの軌道に挿入される。この量の材料の全厚さによって、出射する粒子のエネルギーが決定される。しかしながら、このような材料を横切る粒子も材料中の核によって散乱される。このいわゆる多重散乱プロセスのため、出射ビームは直径を増加させるだけでなく、角度の広がり（ダイバージェンス）をも増加させる。デグレーダに続くビーム輸送システムでの不要なビームの損失を防ぐため、通常、デグレーダのすぐ後ろにはコリメータが一式取り付けられている。低エネルギーへの減衰の際に、散乱は大きくなる。これらのコリメータでは、このように損失が増えて、加速器から患者に到達するビーム強度の割合である透過率の低下を招く。このことは陽子線治療において治療時間の望ましくない増加を引き起こす。
【０００３】
Ｐａｕｌ  Ｓｃｈｅｒｒｅｒ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（ＰＳＩ）、ＣＨ−５２３２  Ｖｉｌｌｉｇｅｎ  ＰＳＩでは、陽子線治療施設のＰＲＯＳＣＡＮは、２５０ＭｅＶの超伝導サイクロトロンＣＯＭＥＴと、４つの治療領域、ガントリ１、ガントリ２、ガントリ３およびＯＰＴＩＳにビームを導くビーム輸送システムとからなる。患者の治療に必要なエネルギーは７０ＭｅＶ〜２３０ＭｅＶの間の範囲にある。エネルギーの調整は、ビーム軌道に挿入されたグラファイトデグレーダ（図２）を介して行われ、ビームエネルギーを２５０ＭｅＶから治療計画によって指定された値まで低下させる。
【０００４】
低エネルギーは、皮膚の下の浅い位置にある腫瘍（その一部）における線量蓄積のためにガントリでの治療に使用される。７０ＭｅＶの最低のビームエネルギーは、ＰＲＯＳＣＡＮにおいて最大のエネルギー減衰を必要とし、ビーム透過率は最も難しい問題である（図１の透過曲線を参照のこと）。このエネルギーは、ＯＰＴＩＳでの眼のメラノーマの治療にも使用されている。眼の治療には患者の積極的な参加が必要である。したがって、照射時間はできるだけ短くしなければならず、それゆえ、合理的に高いビーム強度が患者にとって重要である。
【０００５】
残念なことに、エネルギーデグレーダにおける多重散乱プロセスは、ビームラインおよびガントリのアクセプタンスを超えるビームサイズ、ダイバージェンスおよびエネルギーの広がりを増加させる。これらの量を以下のビーム輸送システムのアクセプタンスに適した量まで減らして、ビーム輸送システムにおける不要なビーム損失を防ぐために、１つ以上のコリメータシステムおよびエネルギー選択システムを使用することは避けられない。この制限されたアクセプタンスは、エネルギー、ビーム輸送システムの幾何学的な配置、およびこのシステムにおける磁石の設定によって変わる。ＰＳＩでは、７０ＭｅＶのエネルギーを有するビームの場合、典型的なビーム透過率は０．２％のオーダーである。
【０００６】
典型的には、低エネルギーの場合、ビーム電流をサイクロトロン出口で増加することによって強度の損失を補うことができる。しかしながら、サイクロトロンによって供給される最大ビーム電流は制限されている。したがって、次のビーム輸送システムでのビーム損失の原因となるエミッタンスのデグレーダでの増加を低減する可能性を調査することは有用である。
【０００７】
減衰材の通常の選択はグラファイトであり、この原子番号Ｚの低い物質は多重散乱振幅を制限する。ベリリウムも低Ｚの減衰材であり、したがって同様に低ダイバージェンスを増加させ、いくつかの場所では減衰材として使用されてきた。しかしながらベリリウムは、高エネルギー陽子の減衰中に強い中性子束を作るという欠点を有する。さらに、ベリリウムにはいくらか毒性があることが知られている。プラスチックも使用されているが、これらは材料における放射線損傷および熱蒸着による形状の変化に悩まされている。
【０００８】
したがって、本発明の課題は、中性子束を発生させることなく優れた減衰能力を有し、かつ毒性のないデグレーダを提供することである。
【０００９】
この課題は、本発明によれば、減衰活性材を含むデグレーダであって、前記減衰活性材が炭化ホウ素Ｂ４Ｃを含むデグレーダによって達成される。
【００１０】
このデグレーダは、同じエネルギー損失の場合、グラファイトよりも少ない量の多重散乱を引き起こす。ＰＳＩでは、ビームを低エネルギーに減衰するためにＢ４Ｃを使用すると、透過率が少なくとも３５％増加することが判明した。この量は、粒子治療におけるビーム強度増加にとって重要かつ有用な量である。Ｂ４Ｃ材はグラファイトよりも放射性にならないので、供与活動ではさらなる問題はないだろう。また、減衰活性材としてのＢ４Ｃには毒性がない。
【００１１】
適切には、減衰活性材は、プレートまたはウェッジとして組み立てることができる。
【００１２】
適切には、減衰活性材は、デグレーダまたはデグレーダの一部を粒子ビームが交差する位置に運ぶことができる１つ以上のアクチュエータに、取り付けることができる。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態を、以下に示す添付の図面を参照してより詳細に後述する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、ＰＳＩで測定した、２５０ＭｅＶの初期エネルギーを有するビームについて、デグレーダ、エミッタンスコリメータおよびエネルギー選択部を通る陽子電流の透過率を示す。
【図２】図２は、現在ＰＳＩで使用されているビーム軌道におけるウェッジ型デグレーダを示す。
【００１５】
炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）を減衰材として使用する試験測定については、多くの陽子線治療デグレーダで現在使用されている従来のグラファイトと比較して以下に記載する。Ｂ４Ｃはグラファイトよりも平均原子量が小さくかつ密度が高い材料である。計算では、グラファイトと比較して、Ｂ４Ｃの使用により、デグレーダの後ろでエミッタンスが低下することが予想される。次のビームラインの入り口でコリメーションシステムを決定するアクセプタンスの下流では、より高いビーム透過率が特に低いビームエネルギーで生じる。このことは、サイクロトロンから引き出されたビーム強度の低下または治療時間の短縮のいずれかを可能にするため、粒子治療用途において非常に興味深い。
【００１６】
Ｐａｕｌ  Ｓｃｈｅｒｒｅｒ  ＩｎｓｔｉｔｕｔｅのＰＲＯＳＣＡＮ施設で行った実験の結果を以下に記載する。Ｂ４Ｃデグレーダのシミュレーションでは、２５０ＭｅＶから８４ＭｅＶまでのビーム減衰の場合、グラファイトと比較して約３１％のビーム透過率の増加が予想された。Ｂ４Ｃブロックのエネルギーを８４ＭｅＶに低下させて行った実験では、そのエネルギーに設定されたカーボンデグレーダと比較して３７％の透過率の改善が得られた。
【００１７】
この実験では、ビームの入口および出口に開放端を有するアルミフレームに取り付けられた、長さ１５０ｍｍおよび横寸法２４ｍｍ×２４ｍｍのＢ４Ｃブロックを使用した。このブロックを、ウェッジ型カーボンの位置でデグレーダボックスに設置し、ビーム出口で同じ位置になるように調整した。Ｂ４Ｃデグレーダを用いる透過率測定の条件は、グラファイトデグレーダを用いる場合と同様であった。
【００１８】
図２は、粒子ビーム６の方向に対して垂直な方向で粒子ビーム６に出入りし得るウェッジ４を有するグラファイトデグレーダ２を示す。他のＢ４Ｃデグレーダは、ビームエネルギーを動的に変更できるように同様の形を有し得る。しかしながら、これが唯一の配置ではなく、例えば、１つの長いウェッジおよび／または回転ホイールまたは他のものなどの可能な他の選択肢もある。
【００１９】
８４ＭｅＶのビームエネルギーの場合、Ｂ４Ｃブロックおよびウェッジ型グラファイトデグレーダの両方について、サイクロトロン後およびエネルギー選択システム後にビーム電流を測定した。これらのビーム電流の割合として定義される透過率は、Ｂ４Ｃブロックの場合、０．５９％であり、グラファイトデグレーダの場合、０．４３％であった。したがって測定された透過率は、同じエネルギーの場合、グラファイトデグレーダと比較して、Ｂ４Ｃブロックの方が３７．２％高いことがわかった。
【００２０】
Ｂ４Ｃの潜在的な減衰材としての計算上の性能と実験挙動とを比較するための測定が成功裏に行われた。シミュレーションおよび測定の両方が、Ｂ４Ｃデグレーダを使用した場合、現在使用されているグラファイトデグレーダと比較して、８４ＭｅＶで３５％のオーダーの透過率の改善を示す。さらに、Ｂ４Ｃデグレーダでの線量率は、グラファイトデグレーダと比較して３０％低いことが予想される。したがって、照射後のＢ４Ｃ活性のレベルは、機械のメンテナンスに関して許容可能であり、問題がないと考えられる。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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